ส่วนประกอบของแผงวงจรหลัก(Main Board) จุดเชื่อมต่ออุปกรณ์ และอุปกรณ์อื่น ๆ
ส่วนประกอบของแผงวงจรหลัก(Main Board)
1. แบตเตอรี่ (Battery ) เมนบอร์ดจะมีแบตเตอรี่เล็ก ๆ ที่ให้กับพวกเครื่องคิดเลข หรือนาฬิกาติดไว้ เพื่อส่งไฟฟ้าหล่อเลี้ยงชิปเก็บข้อมูลบางตัว และทำหน้าที่เป็นนาฬิกาเดิมนับเวลาอยู่ตลอดยามที่ปิดเครื่อง
2. การ์ดไอโอ I/O (I/O Card) I/O ย่อมาจาก Input/Output เป็นการ์ดในการควบคุมการทำงานของฟลอปปีไดรฟ์ ฮาร์ดดิสก์ พอร์ตอนุกรม และพอร์ตขนาน
3. การ์ดวิดีโอ (Adapter Card) การ์ดวิดีโอเป็นการ์ดควบคุมการแสดงผลบนจอ โดยจะส่งข้อมูลผ่านสัญญาณเข้าสู่จอ การ์ดวิดีโอนี้จะมีหน่วยความจำวิดีโอของมันเองด้วย ถ้าหน่วยความจำบนการ์ดมากก็จะแสดงสีและความละเอียดได้มาก
4. สลอต (Slot) สลอตเป็นแท่งสี่เหลี่ยมยาววางเป็นแนวบนเมนบอร์ด ซึ่งทำหน้าที่เป็นคอนเน็กเตอร์เชื่อมต่อระหว่างการ์ดเมนบอร์ด การ์ดทุกตัวจะทำงานได้จะต้องเสียบบนสลอตเสมอ
5. รอม (ROM) Read-Only Memory หน่วยความจำอ่านอย่างเดียว เขียนใส่ไม่ได้ รอมนี้จะเก็บข้อมูลถาวรเกี่ยวกับการเซตระบบ ที่เรียกว่า “BIOS” (Basic Input Output System)
6. ชิปพิเศษ (Ship) ช่วยในการประมวลผล
7. ลำโพง ลำโพงทำหน้าที่ขับเสียงสัญญาณของเครื่อง
8. แรม (RAM) เมื่อเปิดเครื่อง แรมก็เริ่มทำงาน โดยระบบปฏิบัติการเช่น MS-DOS จะโหลดโปรแกรมเข้าสู่แรมเพื่อเริ่มต้นทำงาน ทันทีที่ปิดเครื่องข้อมูลในแรมจะหายไปทันที
9. หม้อแปลงไฟ (Power Supply) ไฟฟ้าที่ใช้ในวงจรของเมนบอร์ดใช้ระดับไฟ 5 โวลต์ และ 12 โวลต์ แต่ไฟฟ้าที่บ้านเป็น 220 โวลต์ เพราะฉะนั้นจะต้องมรการแปลงไฟฟ้าเสียก่อน โดยใช้หม้อแปลงไฟฟ้าหรือที่เรียกว่า “เพาเวอร์ซัปพลาย”
10. ฮาร์ดดิสก์ (Hard Disk) เป็นที่เก็บข้อมูลขนาดใหญ่ของระบบ โดยส่วนใหญ่ฮาร์ดดิสก์จะถูกใช้เก็บโปรแกรมระบบปฏิบัติการ โปรแกรมทำงาน และข้อมูลต่าง ๆ เมื่อปิดเครื่องข้อมูลในฮาร์ดดิสก์จะไม่สูญหายไป
11. ซ็อกเกตแรม (Socket RAM) เป็นที่สำหรับใส่แรม เป็นลักษณะเป็นสีเหลี่ยมสีเขียวยาวเป็นแท่ง
12. ฟลอปปีไดรฟ์ มี 2 ขนาดให้คือ 3.5 นิ้ว และ 5.25 นิ้ว ไดรฟ์นี้ทำหน้าที่อ่านและเขียนข้อมูลบนแผ่นฟลอปปีดิสก์
13. ซีพียู (CPU) เป็นหน่วยประมวลผลทำการคำนวณ ต่าง ๆ เกี่ยวกับข้อมูลที่ผู้ใช้ป้อนข้อมูลหรือการเรียกใช้โปรแกรมต่าง ๆ โดยตั้งชื่อรุ่นพีซี เช่น Intel 486 และ Pentium เป็นต้น
14. เมนบอร์ด (Main Board) เป็นแผงวงจรอิเล็กทรอนิกส์ขนาดใหญ่ที่บรรจุอุปกรณ์ชิ้นส่วนต่าง ๆ แผ่นเมนบอร์ดทำด้วยไฟเบอร์กลาส ลวดลายที่เห็นเป็นลายวงจรนั้นเป็นโลหะทองแดงซึ่งนำ
ไฟฟ้าได้ดี
รูปส่วนประกอบใน Main Board
ส่วนเชื่อมต่ออุปกรณ์ (Port)
1. พอร์ตคีย์บอร์ด พอร์ตรูปทรงกลมนี้ เป็นพอร์ตเอาไว้ต่อกับคีย์บอร์ด
2. พอร์ตขนาน พอร์ตนี้จะสื่อสารแบบขนาน ปกติพอร์ตนี้จะต่อกับเครื่องพิมพ์ พีซีหลายยี่ห้อจะพิมพ์อักษรในพอร์ตนี้ว่า LPT1
3. พอร์ตจอยสติ๊ก พอร์ตนี้เอาไว้ต่อกับคันโยกเล่นเกมส์ หรือที่เรียกกันว่า “จอยสติ๊ก”
4. พอร์ตอนุกรม พอร์ตนี้จะสื่อสารแบบอนุกรมมีอยู่สองพอร์ตซึ่งใช้คอนเน็กเตอร์เสียบต่อต่างกัน พอร์ตนี้ส่วนใหญ่จะต่อกับอุปกรณ์เมาส์ หรือโมเด็มพีซีหลายยี่ห้อจะพิมพ์อักษรในพอร์ตเช่น COM1 และ COM2
5. พอร์ตจอ พอร์ตนี้เอาไว้ต่อกับสายสัญญาณจากจอแสดงผล
6. ปลั๊กเพาเวอร์ ตัวพีซียูจะมีปลั๊กต่อเข้าและต่อออกปลั๊กตัวต่อเข้าจะนำไฟฟ้าไปเลี้ยงแผง
วงจร ส่วนปลั๊กตัวอต่อออกจะนำไฟฟ้าไปเลี้ยงจอ
โมเด็ม (Modem)
โมเด็มเป็นอุปกรณ์ที่ทำหน้าที่แปลงสัญญาณจาดิจิตอลเป็นอะนาล็อกหรือจากอะนาล็อกเป็นดิจิตอล โดยทั่วไปแล้วโมเด็มจะมีการต่อเข้ากับสายโทรศัพท์แล้วจึงจะต่อเข้าเครื่องคอมพิวเตอร์อีกที โมเด็มที่มีใช้อยู่ในปัจจุบันจะแบ่งออกเป็น 2 ประเภทใหญ่ ๆ คือ
1. โมเด็มที่ต่อแบบภายนอก (External Modem) จะต่ออยู่ภายนอกเครื่องคอมพิวเตอร์
2. โมเด็มที่ต่อแบบภายใน (Internal Modem) จะต่ออยู่ภายในเครื่องคอมพิวเตอร์
การบูตระบบ (Boot System)
OS จะเริ่มทำงานเมื่อมีการเปิดเครื่องคอมพิวเตอร์ หรือที่เรียกว่า การบูตระบบ (Booting the system) ในการบูตระบบนี้จะเป็นการโหลดโอเอสที่เรียกว่า เคอร์เนลที่เก็บอยู่ในหน่วยเก็บข้อมูลสำรองเช่น ดิสก์ เข้าไปเก็บไว้ในหน่วยความจำหลักภายในเครื่อง กระบวนการนี้อาจเรียกได้อีกอย่างว่า การปลุกเครื่อง (Bootstrapping)
กระบวนการบูตเครื่องนี้จะเริ่มจากขั้นตอนที่สรุปได้ดังนี้
1. โปรแกรมตรวจสอบตัวเองหรือ Self-test-Routine ซึ่งเป็นโปรแกรมที่ถูกฝังอยู่ในหน่วยความจำประเภทรอม (ROM) ของเครื่องจะมีการทำงานเป็นโปรแกรมแรกเมื่อเปิดเครื่องขึ้นมา
โดยจะมีการตรวจสอบหน่วยความจำและอุปกรณ์ที่ติดตั้งกับเครื่อง ดังนั้นยิ่งมีหน่วยความจำมากก็จะยิ่งเสียเวลาการตรวจสอบนาน
2. โปรแกรมเล็ก ๆ ทีเรียกว่า ตัวปลุกเครื่อง (Bootstrap loader หรือ boot Routine) ที่เก็บอยู่ในรอม เช่นกัน จะทำการดึงส่วนของเคอร์เนลจากดิสก์เข้าในไปในหน่วยความจำหลัก (RAM) ภายในเครื่อง
3. โปรแกรมควบคุมอุปกรณ์ต่าง ๆ ที่เป็นมาตรฐานในระบบ หรือ เรียกอีกอย่างว่า ดีไวซ์ไดร์ฟเวอร์ (Device Driver) สำหรับอุปกรณ์มาตราฐานต่าง ๆ เช่น เครื่องพิมพ์ (Printer) แป้นพิมพ์ (Keyboard) จอภาพ (Display) ดิสก์ไดรฟ์ (Disk Drive) เป็นต้น จะถูกโหลดเก็บไว้ในหน่วยความจำหลัด ซึ่งดีไวซ์ไดรฟ์เวอร์เหล่านี้จะถูกเรียกใช้โดยโปรแกรมอื่น ๆ อีกที
4. โอเอส ที่ถูกดโหลดเข้ามาสู่หน่วยความจำหลักจะทำหน้าที่ควบคุมดูแลการทำงานของระบบทั้งหมดต่อไป และจะยังคงอยู่ในหน่วยความจำหลักจนกว่าจะมีการปิดเครื่องคอมพิวเตอร์
ส่วนประกอบของ DOS
ดอสเป็นตัวทำให้เครื่องสามารถทำงานได้ ซึ่งมีส่วนประกอบดังนี้
1. รอมไบออส (ROM-BIOS)
ย่อจาก Read Only Memory Basic Input Output System คือโปรแกรมที่ควบคุมอุปกรณ์
พื้นฐาน ของคอมพิวเตอร์ทั้งหมด โปรแกรมนี้จะถูกเก็บอยู่ในรอมจะไม่เปลี่ยนแปลงไปตามดอสเวอร์ชั่นต่าง ๆ แต่จะเปลี่ยนแปลงไปตามฮาร์ดแวร์ของเครื่องพีซีรุ่นต่าง ๆ แทน นั้นคือจะเป็นส่วนที่ขึ้นกับฮาร์ดแวร์ของเครื่อง ROM BIOS จะไม่สามารถทำการเปลี่ยนแปลงได้ แต่จะเก็บอยู่ในเครื่องตลอด ดังนั้นจึงอาจกล่าวได้ว่า ROM BIOS จะเป็นส่วนหนึ่งของเครื่องมากกว่าที่จะเป็นส่วนหนึ่งของดอส ภายในรอมไบออสจะประกอบด้วยโปรแกรมดังนี้
- โปรแกรมตรวจสอบตัวเองหรือ Self-test-routine
เป็นโปรแกรมที่จะเริ่มทำงานเป็นโปรแกรมแรกเมื่อมีการเปิดเครื่องขั้นมา เครื่องจะทำงานตามโปรแกรมนี้ โดยจะมีการตรวจสอบหน่วยความจำว่ามีขนาดเท่าไร และมีอุปกรณ์ใดบ้างที่มีการติดตั้งอยู่กับเครื่อง
- โปรแกรมเริ่มการทำงานของดอส หรือที่เรียกว่าตัวปลุกเครื่อง (Bootstrapper)
เป็นโปรแกรมที่ควบคุมให้มีการอ่านโปรแกรมบูตเรคอร์ด (Boot Record) ซึ่งอยู่ในแทร็กวงนอกสุดของดิสก์เข้ามา เพื่อให้โปรแกรมบูตเรคอร์ดทำการอ่านส่วนอื่น ๆ ของดอสเข้ามาอีกที
- โปรแกรมควบคุมอุปกรณ์มาตรฐานต่าง ๆ ในระบบ หรือดีไวซ์ไดร์ฟเวอร์
(Device Driver) อุปกรณ์มาตรฐานต่าง ๆ เช่น เครื่องพิมพ์ แป้นพิมพ์ จอภาพ ดิสก์ไดร์ฟ จะมีโปรแกรม ดีไวซ์ไดร์ฟนี้เป็นตัวคบคุมการทำงาน แบะให้ผู้ใช้หรือโปรแกรมใด ๆ สามารถเรียกใช้อุปกรณ์ เหล่านี้ได้
2. บูตเรคอร์ด (Boot Record)
หลังจากที่มีการเปิดเครื่องคอมพิวเตอร์ และโปรแกรมในรอมไบออสได้ตรวจสอบการทำงานของเครื่องพีซีแล้ว ตัวปลุกเครื่องจะทำการอ่านบูตเรคอร์ดจากดิสก์ในตำแหน่งที่มีการระบุไว้ตายตัวเข้ามาไว้ในหน่วยความจำหลัก หลังจากนั้นจะเป็นหน้าที่ของบูตเรคอร์ดที่จะทำการโหลดส่วนอื่น ๆ ของ โอเอสจากแผ่นดิสก์เข้ามาสู่หน่วยความจำ และยกหน้าที่การควบคุมระบบเครื่องทั้งหมดให้กับโอเอส
3. MSDOS.SYS
เป็นไฟล์ที่ซ่อนไว้ในระบบ (Hidden File) ทำหน้าที่เป็นส่วนที่ใช้ในการเข้าถึงโปรแกรมย่อยหรือ
ที่เรียกว่า รูทีน (Routine) ต่าง ๆ ภายในดอส เมื่อผู้ใฃ้หรือโปรแกรมมีการเรียกใช้งานอุปกรณ์ที่เป็นหน่วยนำข้อมูลเข้าหรือออก ตัว MSDOS.SYS จะรับข้อมูลต่าง ๆ จากผู้ใช้หรือโปรแกรมเข้ามาและส่ง คำสั่งไปยัง IO.SYS ซึ่งจะเรียกใช้รูทีนที่ทำหน้าที่ควบคุมการทำงานของฮาร์ดแวร์ที่เกี่ยวข้องต่อไป
4. IO.SYS
เป็นไฟล์ที่ซ่อนไว้ในระบบเช่นกัน เป็นส่วนที่ทำหน้าที่ควบคุมการทำงานของอุปกรณ์รอบข้าง
อื่น เช่น เครื่องพิมพ์ แป้นพิมพ์ เป็นต้น
5. COMMAND.COM
จะเป็นตัวแปลคำสั่ง โดยจะรับคำสั่งที่ผู้ใช้ป้อนเข้าไปทางแป้นพิมพ์ แล้วทำการแปลความ
หมายว่าต้องการให้ดอสทำอะไร แล้วจึงส่งต่อให้ MSDOS.SYS อีกทีหนึ่งเพื่อทำงานตามที่ต้องการต่อไป คำสั่งภายใน (Internal Command) ต่าง ๆ ของดอสที่ผู้ใช้สามารถเรียกใช้ได้โดยไม่ต้องอาศัยแผ่นดอสหรือไม่มีอยู่ในฮาร์ดดิสก์ เช่น DIR COPY REN หรือDEL จะเป็นส่วนที่อยู่ในตัว Command.com ทั้งสิ้น แต่ถ้าเป็นคำสั่ง FORMAT ซึ่งเป็นคำสั่งให้จัดเนื้อที่ในดิสก์ใหม่หรือคำสั่ง CHKDSK ซึ่งเป็นคำสั่งตรวจสอบเนื้อที่ของดิสก์ จะถูกเรียกว่าเป็น คำสั่งภายนอก (External Command) ที่ไม่มีอยู่ใน Command.comแต่จะมีอยู่ในแผ่นดอสที่ใช้บูตระบบ หรือในฮาร์ดดิสก์ ดังนั้นถ้าต้องการเรียกใช้คำสั่งภายนอกเหล่านี้ จำเป็นต้องเรียกจากแผ่นดิสก์หรือฮาร์ดดิสก์เท่านั้น
ระบบบัส (BUS)
บัส (Bus) คือช่องทางในการสื่อสาร อุปกรณ์ต่าง ๆ จะเชื่อมต่อกับโดยผ่านทางกลุ่มของสายสัญญาณ ที่เรียกว่า “บัส” อุปกรณ์ต่าง ๆ จะส่งและ รับสัญญาณผ่านทางกลุ่มสายสัญญาณชุดเดียวกัน ดังรูป
สามารถแบ่งกลุ่มของบัสออกเป็น 3 กลุ่ม คือ
1. บัสข้อมูล (Data Bus) ใช้สำหรับส่งรับข้อมูลภายในหรือหน่วยของระบบคอมพิวเตอร์
2. บัสตำแหน่ง หรือ แอดเดรสบัส (Address Bus) ใช้สำหรับส่งรับตำแหน่งอ้างอิงข้อมูลจากหน่วยความจำ หรือ จากอุปกรณ์ I/O (Input Output)
3. บัสควบคุม (Control Bus) ใช้สำหรับส่งสัญญาณควบคุม การทำงานของระบบคอมพิวเตอร์
ลักษณะการทำงานของระบบบัส
ในระบบคอมพิวเตอร์ที่หน่วยประมวลผลเชื่อมต่อกับอุปกรณ์อื่น ๆ (เช่น Hard disk, CD-Rom,
RAM) ผ่านทางบัส ข้อมูลต่าง ๆ ที่ส่ง/รับกันระหว่างอุปกรณ์ต่าง ๆ นั้นจะส่งรับผ่านทางบัสข้อมูล (ข้อมูลจะเป็นรหัสเลขฐาน 2) ดังนั้นหน่วยประมวลผลจะติดต่อกับหน่วยความจำหรืออุปกรณ์รับและแสดงผลข้อมูลที่ต้องการได้นั้น ทั้งหน่วยความจำ และอุปกรณ์รับหรือแสดงผลข้อมูลทุกอุปกรณ์ จะต้องมีหมายเลขเฉพาะ หมายเลขนี้สำหรับหน่วยความจำก็คือแอดเดรส ส่วนอุปกรณ์อินพุตและอุปกรณ์เอาท์พุตก็มีหมายเลขเฉพาะสำหรับอุปกรณ์หนึ่ง ๆ เช่นเดียวกัน โดยเรียกว่า หมายเลข I/O (I/O Address) เมื่อหน่วยประมวลผลต้องการติดต่อกับหน่วยความจำที่ตำแหน่งใด หรือติดต่อกับอุปกรณ์ใดก็จะส่งแอดเดรสของหน่วยความจำนั้น หรือของอุปกรณ์นั้นมา ในการเลือกว่าหมายเลขแอดเดรสที่
ส่งมาเป็นของหน่วยความจำหรือของอุปกรณ์อินพุตเอาท์ พุต หน่วยประมวลผลจะส่งสัญญาณระบุมาทางสัญญาณในบัสควบคุม
ระบบบัสของฮาร์ดแวร์
ในการติดต่อกับอุปกรณ์ Input/Output (I/O) ในเครื่องคอมพิวเตอร์จะมีหลายระบบบัสด้วยกัน การออกแบบระบบบัสจะต้องให้เหมาะสมกับสถาปัตยกรรมของ CPU เช่น
- ISA BUS (Industrial Standard Architecture Bus) เป็นระบบบัสที่สามารถส่งรับข้อมูลได้ 16 บิต เป็นระบบบัสในเครื่องรุ่น 80286 ที่เหมาะสมที่สุด ISA BUS จะมีสล็อต (Slot) อยู่ 98 ขา
- EISA BUS (Extended Industry Standard Architecture Bus) เป็นระบบบัสที่สามารถ
ส่งรับข้อมูลได้ 32 บิต เหมาะกับเครื่องรุ่น 80386 และ 80486
- VL BUS (VESA Local Bus) เป็นระบบบัสที่สามารถส่งรับข้อมูลได้ทั้งแบบ 16 บิต หรือ
32 บิตก็ได้ ออกแบบมาใช้คู่กับเครื่องรุ่น 80386 เป็นต้นไป มีความเร็วในการส่งผ่านข้อมูล
สูง
- PCI BUS (Peripheral Component Interconnect) เป็นระบบบัสที่สามารถส่งรับข้อมูลได้
ทั้ง 32 และ 64 บิต เหมาะกับเครื่องรุ่น 80486 เป็นต้นไปถึง Pentium
ทรานซิสเตอร์ (Transistor)
ไม่วิวัฒนาการมาจากหลอดสูญญากาศ (Vacuum tube) ซึ่งเป็นอุปกรณ์ของคอมพิวเตอร์ในยุคแรก ๆ มีขนาดใหญ่ คล้ายหลอดไฟแรงเทียนที่ใช้อยู่ในปัจจุบัน โดยที่ภายในหลอดสูญญากาศจะไม่อากาศอยู่ภายใน ประกอบด้วย ขดลวดพิเศษ สารต่าง ๆ จะเป็นส่วนในการเก็บประจุไฟฟ้าเอาไว้ ซึ่งจะเป็นลักษณะของสัญญาณไฟฟ้า แต่เนื่องจากหลอดสูญญากาศ มีข้อเสียหลายประการ คือ
1. มีขนาดใหญ่ ทำให้เปลื่องเนื้อที่ ขนาดเครื่องคอมพิวเตอร์จึงมีขนาดใหญ่ด้วย
2. ใช้พลังงานไฟฟ้ามาก
3. เกิดความร้อนสูงทำให้การทำงานผิดพลาดง่าย
4. ทำการประมวลผลช้า
หลังจากหลอดสูญญากาศ ได้พัฒนาอุปกรณ์คอมพิวเตอร์มาเป็น ทรานซิสเตอร์(Transistor)
ซึ่งเป็นอุปกรณ์สารกึ่งตัวนำ (Semi-conductor) ลักษณะเด่นของทรานซิสเตอร์ คือ
1. มีขนาดเล็ก ทำให้ประหยัดเนื้อที่ เครื่องคอมพิวเตอร์มีขนาดเล็กลง
2. ใช้พลังงานไฟฟ้าน้อย
3. ไม่เกิดความร้อนมาก
4. เกิดข้อผิดพลาดของการประมวลผลน้อย
5. ความเร็วในการประมวลผลเร็ว
หลังจากอุปกรณ์ทรานซิสเตอร์ มีการพัฒนามาเป็นอุปกรณ์ วงจรรวม ที่เรียกว่าวงจร “IC” (Integrated Circuit) ซึ่งอุปกรณ์ชนิดนี้ประกอบขึ้นจากแผ่นซิลิกอนบาง ๆ (Silicon Chip) โดยภายในอุปกรณ์ชนิดนี้นำเอาทรานซิสเตอร์หลายร้อยตัวมารวมกันเป็นวงจร ลักษณะเด่นของวงจรไอซี คือ
1. มีขนาดเล็ก ทำให้เครื่องคอมพิวเตอร์มีขนาดเล็กลงด้วย
2. มีความเร็วในการประมวลผลสูงกว่าทรานซิสเตอร์
รูป IC (Integrated Circuit)
หลังจากอุปกรณ์วงจรไอซี ได้พัฒนามาเป็นอุปกรณ์วงจรรวม LSI (Large Scale Integration)
เป็นอุปกรณ์วงจรรวมที่คล้ายกับวงจรไอซี แต่เป็นวงจรรวมที่ใช้เทคนิคพิเศษที่ทำให้จำนวนของวงจรมีมากขึ้นหรือขนาดวงจรเท่าเดิมแต่ตัวทรานซิสเตอร์ภายในเพิ่มมากขึ้น
รูป LSI (Large Scale Integration)
ลักษณะการทำงานของทรานซิสเตอร์
จะทำการเปลี่ยนกระแสไฟฟ้าที่ผ่านมาทางขาของทรานซิสเตอร์จาก กระแสไฟฟ้า + มาเป็นกระแสไฟฟ้า - หรือเปลี่ยนกำลังไฟฟ้าจากต่ำเป็นสูง หรือจากสูงเป็นต่ำ เพื่อให้ค่าที่ออก มาอีกขาหนึ่งของทรานซิสเตอร์มีค่าที่เปลี่ยนไปทำให้เกิดเป็นลักษณะของรหัสข้อมูลขึ้นมา หรือเพื่อทำงานตามที่คอมพิวเตอร์ต้องการก็คือการประมวลผลต่าง ๆ
สัญญาณนาฬิกา (CLOCK)
สัญญาณนาฬิกา (Clock) เป็นตัวควบคุมคาบเวลาในการป้อนสัญญาณเข้าเครื่องคอมพิวเตอร์ แล้วให้ เครื่องคอมพิวเตอร์ประมวลผล โดยที่สัญญาณนาฬิกา จะมี 2 สถานะ คือ 0 และ 1 หรือ 0 Vote และ +5 Vote เป็นลักษณะของการป้อนสัญญาณไฟเข้าเครื่องคอมพิวเตอร์ โดยมีการจ่ายไฟนั้น 2 ขนาด คือ 0 และ ไฟบวก 5 Vote ซึ่งความต่างของการป้อนไฟนี้จะเป็นสัญญาณในการควบคุมให้ CPU ทำงานหากสัญญาณนาฬิกามีความถี่มากในเวลาหนึ่ง ๆ นั้นย่อมทำให้ CPU สามารถทำงานหรือประมวลผลได้มากขึ้นด้วย
+5
0 ช่วงเวลา 1 หน่วย
1 2 3 4
รูปแสดง คลื่นสัญญาณไฟฟ้า
สัญญาณไฟฟ้า (Vote)
ช่วงเวลา 1 หน่วย
รูปแสดง สัญญาณดิจิตอล
หน่วยของสัญญาณนาฬิกา
มีหน่วยเป็น เมกะเฮริ์ต (MHz) เช่น 133 MHz, 266 MHz, 450 MHz เป็นต้น เป็นหน่วยความ เร็วของ CPU ที่ขนาดสัญญาณนาฬิกาต่าง ๆ
สถาปัตยกรรมของระบบไมโครโปรเซสเซอร์ตระกูล 80x86
ความเป็นมา
ซีพียูถูกพัฒนาให้อยู่ในรูปไมโครชิบที่เรียกว่าไมโครโพรเซสเซอร์ ไมโครโพรเซสเซอร์จึงเป็นหัวใจหลักของระบบคอมพิวเตอร์ตั้งแต่ซูเปอร์คอมพิวเตอร์ถึงไมโครคอมพิวเตอร์ ล้วนแล้วแต่ใช้ไมโครชิปเป็นซีพียูหลัก ในเมนเฟรมคอมพิวเตอร์ เช่น ES9000ของบริษัทไอบีเอ็มก็ใช้ไมโครชิปเป็นซีพียู แต่อาจจะมีมากกว่าหนึ่งชิปประกอบรวมเป็นซีพียู
เทคโนโลยีไมโครโพรเซสเซอร์ได้พัฒนาอย่างรวดเร็ว โดยเริ่มจากปี พ.ศ. 2518 บริษัทอินเทลได้พัฒนาไมโครโพรเซสเซอร์ที่เป็นที่รู้จักกันดีคือ ไมโครโพรเซสเซอร์เบอร์ 8080 ซึ่งเป็นซีพียูขนาด 8 บิต ซีพียูรุ่นนี้จะรับข้อมูลเข้ามาประมวลผลด้วยตัวเลขฐานสองครั้งละ 8 บิต และทำงานภายใต้ระบบปฎิบัติการซีพีเอ็ม (CP/M) ต่อมาบริษัทแอปเปิ้ลก็เลือกซีพียู 6502 ของบริษัทมอสเทคมาผลิตเป็นเครื่องแอปเปิ้ลทู ได้รับความนิยมเป็นอย่างมากในยุคนั้น
เครื่องไมโครคอมพิวเตอร์ในประเทศไทยส่วนมากเป็นคอมพิวเตอร์ที่ใช้ซีพียูของตระกูลอินเทลที่พัฒนามาจาก 8088 8086 80286 80386 80486 และเพนเทียม ตามลำดับ
การพัฒนาซีพียูตระกูลนี้เริ่มจาก ซีพียูเบอร์ 8088 ต่อมาประมาณปี พ.ศ. 2524 มีการพัฒนาเป็นซีพียูแบบ 16 บิต ที่มีการรับข้อมูลจากภายนอกทีละ 8 บิต แต่การประมวลผลบวกลบคูณหารภายในจะกระทำทีละ 16 บิต บริษัทไอบีเอ็มเลือกซีพียูตัวนี้เพราะอุปกรณ์ประกอบอื่น ๆ ในสมัยนั้นยังเป็นระบบ 8 บิต คอมพิวเตอร์รุ่นซีพียู 8088 แบบ 16 บิตนี้เรียกว่า พีซี และเป็นพีซีรุ่นแรก
ขีดความสามารถของซีพียูที่จะต้องพิจารณา นอกจากขีดความสามารถในการประมวลผลภายใน การับส่งข้อมูลระหว่างซีพียูกับอุปกรณ์ภายนอกแล้ว ยังต้องพิจารณาขีดความสามารถในการเข้าไปเขียนอ่านในหน่วยความจำด้วย ซีพียู 8088 สามารถเขียนอ่านในหน่วยความจำได้สูงสุดเพียง 1 เมกะไบต์ (ประมาณหนึ่งล้านไบต์) ซึ่งถือว่ามากในขณะนั้น ความเร็วของการทำงานของซีพียูขึ้นอยู่กับการให้จังหวะที่เรียกว่า สัญญาณนาฬิกาซีพียู 8088 ถูกกำหนดจังหวะด้วยสัญญาณนาฬิกาที่มีความเร็ว 4.77 ล้านรอบใบ 1 วินาทีหรือที่เรียกว่า 4.77 เมกะเฮิรตซ์ (MHz) ซึ่งปัจจุบันถูกพัฒนาให้เร็วขึ้นเป็นลำดับ
ไมโครคอมพิวเตอร์รุ่นพีซีได้รับการพัฒนาเพิ่มเติมฮาร์ดดิสก์ลงไปและปรับปรุงซอฟต์แวร์ระบบและเรียกชื่อรุ่นว่า พีซีเอ็กซ์ที (PC-XT)
ในพ.ศ. 2527 ไอบีเอ็มเสนอไมโครคอมพิวเตอร์รุ่นใหม่ที่ทำงานได้ดีกว่าเดิม โดยใช้ชื่อรุ่นว่า พีซีเอที (PC-AT) คอมพิวเตอร์รุ่นนี้ใช้ซีพียูเบอร์ 80286 ทำงานที่ความเร็วสูงขึ้นคือ 6 เมกะเฮิรตซ์
การทำงานของซีพียู 80286 ดีกว่าเดิมมาก เพราะรับส่งข้อมูลกับอุปกรณ์ภายในเป็นแบบ 16 บิตเต็มการประมวลผลก็เป็นแบบ 16 บิต ทำงานด้วยความเร็วของจังหวะสัญญาณนาฬิกาสูงกว่า และยังติดต่อเขียนอ่านกับหน่วยความจำได้มากกว่า คือ ติดต่อได้สูงสุด 16 เมกะไบต์ หรือ 16 เท่าของคอมพิวเตอร์รุ่นพีซี
พัฒนาการของเครื่องพีซีเอทีทำให้ผู้ผลิตอื่นออกแบบเครื่องคอมพิวเตอร์ตามอย่างไอบีเอ็มโดยเพิ่มขีดความสามารถเฉพาะของตนเองเข้าไปอีก เช่น ใช้สัญญาณนาฬิกาสูงเป็น 8 เมกะเฮริตซ์ 10 เมกะเฮิรตซ์ จนถึง 16 เมกะเฮิรตซ์ ไมโครคอมพิวเตอร์บนรากฐานของพีซีเอทีจึงมีผู้ใช้กันทั่วโลก ยุคนี้จึงเป็นยุคที่ไมโครคอมพิวเตอร์แพร่หลายอย่างเต็มที่
ในพ.ศ. 2529 บริษัทอินเทลประกาศตัวซีพียูรุ่นใหม่ คือ 80386 หลายบริษัทรวมทั้งบริษัทไอบีเอ็มเร่งพัฒนาโดยนำเอาซีพียู 80386 มาเป็นซีพียูหลักของระบบ ซีพียู 80386 เพิ่มเติมขีดความสามารถอีกมาก เช่น รับส่งข้อมูลครั้งละ 32 บิต ประมวลผลครั้งละ32 บิต ติอต่อกับหน่วยความจำได้มากถึง 4 จิกะไบต์ (1 จิกะไบต์เท่ากับ 1024 บ้านไบต์) จังหวะสัญญาณนาฬิกาเพิ่มได้สูงถึง 33 เมกะเฮิรตซ์ ขีดความสามารถสูงกว่าพีซีรุ่นเดิมมาก
ใน พ.ศ. 2530 บริษัทไอบีเอ็มเริ่มประกาศขายไมโครคอมพิวเตอร์รุ่นใหม่ที่ชื่อว่า พีเอสทู (PS/2) โดยมีโครงสร้างทางฮาร์ดแวร์ของระบบแตกต่างออกไปโดยเฉพาะระบบเส้นทางส่งถ่ายข้อมูลภายใน (bus) ผลปรากฎว่า เครื่องคอมพิวเตอร์รุ่น 80386 ไม่เป็นที่นิยมมากนัก ทั้งนี้เพราะยุคเริ่มต้นของเครื่องคอมพิวเตอร์ 80386 มีราคาแพงมาก ดังนั้นในพ.ศ. 2531 อินเทลต้องเอาใจลูกค้าในกลุ่มเอทีเดิม คือลดขีดความสามารถของ 80386 ลงให้เหลือเพียง 80386SX
ซีพียู 80386SX ใช้กับโครงสร้างเครื่องพีซีเอทีเดิมได้พอดีโดยแทบไม่ต้องดัดแปลงอะไร ทั้งนี้เพราะโครงสร้างภายในซีพียูเป็นแบบ 80386 แต่โครงสร้างการติดต่อกับอุปกรณ์ภายนอกใช้เส้นทางเพียงแค่ 16 บิต ไมโครคอมพิวเตอร์ 80386SX จึงเป็นที่นิยมเพราะมีราคาถูกและสามารถทดแทนเครื่องคอมพิวเตอร์รุ่นพีซีเอทีได้
ซีพียู 80486 เป็นพัฒนาการของอินเทลใน พ.ศ. 2532 และเริ่มใช้กับเครื่องไมโครคอมพิวเตอร์ในปีต่อมา ความจริงแล้วซีพียู 80486 ไม่มีข้อเด่นอะไรมากนัก เพียงแต่ใช้เทคโนโลยีการรวมชิป 80387 เข้ากับซีพียู 80386 ซึ่งชิป 80387 เป็นหน่วยคำนวณทางคณิตศาสตร์ และรวมเอาส่วนจัดการหน่วยความจำเข้าไว้ในชิป ทำให้การทำงานโดยรวมรวดเร็วขึ้นอีก
ในพ.ศ. 2535 อินเทลได้ผลิตซีพียูตัวใหม่ที่มีขีดความสามารถสูงขึ้น ชื่อว่า เพนเทียม การผลิตไมโครคอมพิวเตอร์จึงได้เปลี่ยนมาใช้ซีพียูเพนเทียม ซึ่งเป็นซีพียูที่มีขีดความสามารถเชิงคำนวณสูงกว่าซีพียู 80486 มีความซับซ้อนกว่าเดิม และใช้ระบบการส่งถ่ายข้อมูลได้ถึง 64 บิต
การพัฒนาทางด้านซีพียูเป็นไปอย่างต่อเนื่อง ไมโครโพรเซสเซอร์รุ่นใหม่จะมีโครงสร้างที่ซับซ้อนยิ่งขึ้น ใช้งานได้ดีมากขึ้น และจะเป็นซีพียูในรุ่นที่ 6 ของบริษัทอินเทล โดยมีชื่อว่า เพนเทียมทู
รูป ซีพีอยู่รุ่นต่าง ๆ
